实验8探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关

实验8 探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关
知识点一、摩擦力
1.认识：阻碍物体相对运动的力
相互接触的物体的两个面，有时用肉眼看起来很光滑，但是放到显微镜下观察，就会发现实际上像如图所示的那样是凹凸不平的。

在压力的作用下，这些凹凸不平的部位会相互啮合，当两者发生相对滑动时，啮合部分就会彼此阻碍，产生阻碍作用。

两个相互接触的物体，当它们做相对运动（或有相对运动趋势）时，在接触面产生一种阻碍相对运动（或相对运动趋势）的力，这种力叫做摩擦力。

2.滑动摩擦力的定义
两个相互接触的物体，当它们之间有相对滑动时，在接触面上产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫做摩擦力。

3.摩擦力产生的条件
（1）两物体相互接触，且接触面粗糙不平；
（2）两物体之间发生相对运动或具有相对运动的趋势；
（3）两物体之间相互挤压发生弹性形变，接触面上有压力产生。

这三个条件缺一不可。

4.滑动摩擦力和静摩擦力
（1）当两个相互接触的物体发生相对运动时，在接触面上会产生滑动摩擦力；
（2）当两物体没有发生相对运动，但有相对运动趋势时，在接触面上会产生静摩擦力，如用力推箱子但未推动时，虽然箱子处于静止状态，但箱子在推理作用下已有了“要发生”相对运动的趋势，此时地面对箱子的摩擦力就是静摩擦力。

5.摩擦力的作用效果
摩擦力的作用总是阻碍物体相对运动（或相对运动趋势）。

“相对运动”（“或相对运动趋势”）是以相互接触的物体作为参照物的。

6.摩擦力的作用点
实际上，摩擦力是作用在这个物体接触面上的，但为了研究方便可以把摩擦力的作用等效到一个点上，可以把这个点等效在接触面上，也可以取在物体的重心上。

7.摩擦力的方向
（1）摩擦力的方向：总是与物体相对运动或相对运动趋势方向相反。

（2）相对运动方向的理解
“相对运动方向”不是“运动方向”。

水平地面上的物体前进时，物体相对地面向前运动（相对运动方向向前），物体受到地面对它向后的摩擦力（摩擦力方向向后）；人走路时，脚向后蹬地，脚相对于地面有向后运动的趋势，地面给鞋底的摩擦力方向向前，有利于人向前运动。

摩擦力有时阻碍运动，有时有利于运动，无论哪种情况，摩擦力的方向与相对运动方向或相对运动趋势的方向相反。

（3）判断摩擦力方向的三种方法
知识点二、探究影响摩擦力大小的因素
1.实验探究：影响摩擦力大小的因素
【提出问题】滑动摩擦力大小与哪些因素有关？
【猜想与假设】
（1）滑动摩擦力的大小可能与接触面所受压力有关；
（2）滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关。

【实验原理】用弹簧测力计水平拉动木块做匀速直线运动，此时木块在水平方向上受到的拉力和滑动摩擦力为一对平衡力，这样读出弹簧测力计的示数，就可以知道滑动摩擦力的大小（滑动摩擦力大小不能直接测量，是根据二力平衡知识间接测量出的）。

【制定计划与设计实验】影响滑动摩擦力大小的因素有多个，因此在探究过程中要应用控制变量法，如探究压力对滑动摩擦力大小的影响时，要保持接触面的粗糙程度不变；在探究接触面粗糙程度对滑动摩擦力大小影响时，应控制压力不变。

【实验步骤】（1）如图甲所示，用弹簧测力计水平匀速拉动木块，使其在较光滑的长木板上匀
速滑动，记下此时弹簧测力计的示数，其示数大小等于滑动摩擦力的大小。

（2）如图乙所示，在木块上放砝码，从而改变木块对长木板的压力，测出此时匀速拉动木块时的滑动摩擦力的大小；
（3）如图丙所示，在长木板上铺上较粗糙的毛巾，保持木块上砝码不变，测出此时匀速拉动木块时的滑动摩擦力大小。

【实验数据】
大，即滑动摩擦力越大；
（2）由实验2、3可知，压力大小相同，接触面越粗糙，弹簧测力计示数越大，即滑动摩擦力越大。

【实验结论】（1）滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关。

当接触面的粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；当压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。

（2）滑动摩擦力的大小与物体运动的速度、物体的接触面积大小等因素无关。

2.注意事项
（1）实验时所用的木板要足够长，以保证木块在木板上滑动时由匀速直线运动的过程；
（2）实验时应保持拉动弹簧测力计的方向与长木板平行；
（3）实验中要做到匀速拉动木块不好实现，建议采用如下操作：将弹簧测力计的挂钩与木板相连，拉环处固定，拉动长木板进行实验（如图所示），这样不但方便读数，而且长木板也不需要做匀速直线运动。

1．（2023•青岛）冰壶运动被称为“冰上围棋”，比赛充满了智慧。

冰壶比赛时，运动员有时要不断地擦冰，这是为了改变冰壶受到的滑动摩擦力。

为此，小兰和小海一起对影响滑动摩擦力大小的因素进行探究。

（1）小兰和小海分别采用如图甲、乙所示方式，使木块沿水平长木板做匀速直线运动。

木块受到的滑动摩擦力大小F f1与弹簧测力计示数相等的是图的方式，依据的是知识。

（2）按图甲的做法，在木块上加放砝码，改变木块对长木板的压力，测出此种情况下的滑动摩擦力F f2，发现F f2＞F f1。

这说明接触面受到的压力越大，滑动摩擦力越。

换用材料相同但表面更粗糙的长木板，保持木块上的砝码不变，测出此种情况下的滑动摩擦力F f3，发现F f3＞F f 2。

这说明接触面越，滑动摩擦力越大。

（3）冰壶运动员在比赛过程中不断地擦冰，这是通过改变接触面的粗糙程度来摩擦的，目的是使冰壶在冰面上运动的距离更一些。

【解答】解：（1）实验中，用弹簧测力计沿水平方向拉动木块做匀速直线运动，故使用图甲的方式，此时拉力与摩擦力是一对平衡力，根据二力平衡原理，摩擦力大小等于拉力大小；
（2）按图甲的做法，在木块上加放砝码，改变木块对长木板的压力，测出此种情况下的滑动摩擦力F f2，发现F f2＞F f1，说明压力越大，滑动摩擦力就越大；换用材料相同但表面更粗糙的长木板，保持木块上的砝码不变，测出此种情况下的滑动摩擦力F f3，发现F f3＞F f2，说明接触面越粗糙，滑动摩擦力就越大；
（3）冰壶运动中，刷冰可以改变冰壶受到的摩擦力，是通过减小接触面的粗糙程度来减小滑动摩擦力的；冰壶在水平面上受到的阻力越小，运动的距离就越远；
故答案为：（1）甲；二力平衡；（2）大；粗糙；（3）减少；远。

2．（2023•陕西）如图，是“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验。

（1）本次实验前，应在方向上对弹簧测力计进行调零。

（2）如图﹣1，沿水平方向拉动木块，使其做匀速直线运动，木块受到的拉力大小（选填“大于”“小于”或“等于”）木块受到的滑动摩擦力大小。

（3）如图﹣1，用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，使其做速度大小不同的匀速直线运动。

发现弹簧测力计的示数不变，说明滑动摩擦力的大小与物体运动速度的大小（选填“有关”
或“无关”）。

（4）如图﹣2，在木块上加放钩码，沿水平方向拉动木块，使其做匀速直线运动。

改变钩码的数量，多次实验后得出结论：其他条件一定时，压力越大，滑动摩擦力越。

【解答】解：（1）用弹簧测力计沿水平方向拉着物体做匀速直线运动，木块在水平方向上受到平衡力的作用，根据二力平衡的条件，弹簧测力计的示数等于摩擦力的大小，故本次实验前，应在水平方向上对弹簧测力计进行调零；
（2）如图﹣1，沿水平方向拉动木块，使其做匀速直线运动，木块受到的拉力大小等于木块受到的滑动摩擦力大小；
（3）如图﹣1，用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，使其做速度大小不同的匀速直线运动。

发现弹簧测力计的示数不变，说明滑动摩擦力的大小与物体运动速度的大小无关；
（4）如图﹣2，在木块上加放钩码，物体对支持面的压力变大，沿水平方向拉动木块，使其做匀速直线运动。

改变钩码的数量，多次实验后得出结论：其他条件一定时，压力越大，滑动摩擦力越大。

故答案为：（1）水平；（2）等于；（3）无关；（4）大。

3．（2023•青海）某兴趣小组在“探究影响滑动摩擦力大小因素”时的改进实验装置如图所示。

（1）该实验装置的优点在于：不需要匀速拉动木板也能测量滑动摩擦力的大小，原因是木块B相对桌面始终处于静止状态，弹簧测力计的示数等于物体B受到的力的大小，该实验的原理是（选填“二力平衡”或“受力不平衡”）；
（2）实验数据如表所示：
实验接触面压力情况弹簧测力计示数/N
1木板面木块 3.3
2木板面木块+砝码 4.5
3毛巾面木块 5.1
①对比实验1和2：在接触面粗糙程度相同时，压力（选填“越大”或“越小”），滑动
摩擦力越大；
②对比实验：在接触面所受的压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力（选
填“越大”或“越小”）；
③本实验除了转换法，还使用的物理实验方法是；
（3）同学们还想探究滑动摩擦力的大小与接触面积是否有关，于是将木块B沿竖直方向切去一半，这种做法不合理。

请说明理由：。

【解答】解：（1）当拉动长木板运动的过程中，木块B保持静止状态，根据二力平衡的条件知：此时弹簧测力计的示数等于摩擦力的大小；
（2）①实验1和2接触面粗糙程度相同，增加砝码使得压力增大，压力越大，弹簧测力计示数越大，滑动摩擦力越大，所以实验1和2探究滑动摩擦力大小跟压力大小的关系，在接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；
②实验1、3压力相同，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大，所以实验1、3探究滑动摩擦力大小跟
接触面粗糙程度的关系，在接触面所受的压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大；
③本实验用了转换法和控制变量法；
（3）想探究滑动摩擦力与接触面积的关系，要控制压力大小和接触面粗糙程度相同，他将木块B 竖直方向切去一部分，压力大小也发生了改变，没有控制压力大小相同，故他的探究过程不正确。

故答案为：（1）摩擦；二力平衡；（2）①越大；②1、3；越大；③控制变量法；（3）没有控制压力大小相同。

4．（2022•河北）小明在做“研究影响摩擦力大小的因素”实验时，利用一套器材依次完成如图所示的实验，其中甲、乙图中长木板正面朝上，丙图中长木板反面朝上，长木板的反面比正面粗糙。

（1）小明提出如下猜想：①滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关；②滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。

如果小明要验证猜想①，他应该选择两图所示的实验来操作；如果小明要验证猜想②，他应该选择两图所示的实验来操作。

（2）实验中，小明用弹簧测力计水平拉动木块，使它沿水平长木板做匀速直线运动，此时弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力大小相等，这是利用了的知识。

（3）小明分别对猜想①②进行了实验验证。

在图甲、丙实验中弹簧测力计的示数分别为0.8N、1.2N，在图乙实验中，弹簧测力计的示数如图丁所示，示数为N。

小明多次实验后得出结论：接触面所受的压力越大，滑动摩擦力越大；接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。

（4）许多情况下摩擦是有用的，人们常常设法增大它。

请写出一个通过增加接触面的粗糙程度来增大摩擦的实例：。

（5）实验后，小明和同学们对实验中存在的问题进行了交流，改进了实验方案，设计了如图戊所示的实验装置：将弹簧测力计固定不动、木块挂在弹簧测力计的挂钩上，不拉木块，改为拉动长木板，使长木板与木块相对运动。

再次验证了猜想①②得出相同结论。

针对实验改进，同学们提出了以下观点，其中不正确的是（选填序号）。

A.改进后，拉动长木板时不必保持匀速运动，更易于操作
B.改进后，测力计示数较稳定，容易读出正确的数值
C.改进后，木块稳定时受到的滑动摩擦力小于弹簧测力计对木块的拉力
【解答】解：（1）要验证滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关，应保持接触面的粗糙程度相同，使接触面受到压力不同，所以应选择甲和乙；
要验证滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，应保持压力相同，使接触面的粗糙程度不同，所以应选择乙和丙；
（2）用弹簧测力计水平拉动木块，使它沿长木板做匀速直线运动，木块处于平衡状态，在水平方向受到的滑动摩擦力和拉力是一对平衡力，由二力平衡的知识可知，弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力大小相等；
（3）由图丁知，弹簧测力计分度值为0.1N，示数为1.0N；
（4）通过增加接触面的粗糙程度来增大摩擦的实例：鞋底的花纹，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力；
（5）将弹簧测力计固定不动，易于读数，误差小，木块挂在弹簧测力计的挂钩上，不拉木块，改为使长木板与木块相对运动，木块处于静止状态，水平方向受到的拉力与摩擦力是一对平衡力，所以木块受到的滑动摩擦力等于弹簧测力计的拉力，这样便于操作，故AB正确，C错误。

故答案为：（1）甲、乙；乙、丙；（2）二力平衡；（3）1.0；（4）鞋底的花纹；（5）C。

5．（2022•百色）在探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验中，某实验小组选择如下器材：长木板、棉布、木块、砝码、弹簧测力计等进行实验。

（1）根据知识，用弹簧测力计沿水平方向拉着木块做运动时，木块所受滑动摩擦力的大小等于拉力的大小。

（2）比较图1中两次实验可知，当接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大。

（3）实验中发现图1丙弹簧测力计的示数比图1甲的大，由此得出结论：当压力相同时，接触面越，滑动摩擦力越大。

（4）本实验主要采用的科学探究方法是法。

（5）该小组将木块沿竖直方向切掉一半后重新进行实验，如图1丁所示，测得木块所受摩擦力与图1甲测得的摩擦力进行比较，得出结论：滑动摩擦力的大小与接触面积有关。

此结论是的（选填“正确”或“错误”）。

（6）该小组在实验中发现较难保持木块匀速运动，导致弹簧测力计示数不稳定。

于是他们改进实验，如图2所示，固定弹簧测力计，拉动长木板进行实验。

实验过程匀速拉动长木板，更易操作（选填“需要”或“不需要”）。

【解答】解：（1）实验中，应在水平方向拉着木块做匀速直线运动，物体在水平方向上受到平衡
力的作用，根据二力平衡，滑动摩擦力大小等于拉力大小，即等于弹簧测力计示数；
（2）甲、乙两图接触面的粗糙程度相同，压力大小不同，测力计的示数不同，可得滑动摩擦力的大小与压力大小有关，且接触面的粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；
（3）甲图和丙图所示实验，压力大小相同，接触面的粗糙程度不同，测力计的示数不同，说明了滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关；
（4）本实验主要采用的科学探究方法是控制变量法；
（5）由图甲、丁所示实验，发现实验丁弹簧测力计的示数小于实验甲中弹簧测力计的示数，不能得出滑动摩擦力大小与接触面积的大小有关，因为接触面的粗糙程度相同而物体间的压力不同，由于没有控制物体间的压力相同，所以他的结论是错误的；
（6）用图2进行实验时，无论长木板是否做匀速直线运动，木块都处于静止状态，受拉力与摩擦力平衡，拉力等于摩擦力，并且容易读数。

故答案为：（1）二力平衡；匀速直线；（2）甲、乙；（3）粗糙；（4）控制变量；（5）错误；（6）不需要。

6．（2023•金凤区二模）如图所示，在做“研究滑动摩擦力大小”的实验时，将木块A放置在水平木板B上，并在木块A上加上一个砝码，把一个弹簧测力计系在木块A上。

当向左拉动木板B时，弹簧测力计指针稳定在图示位置。

下列说法错误的是（）
A．此装置可研究滑动摩擦力大小与压力的关系
B．木块A受到木板B的摩擦力与弹簧测力计对它的拉力是一对平衡力
C．木块A受到木板B的摩擦力的大小为2.4N，方向向左
D．若增大拉动木板B的速度，则弹簧测力计的示数会变大
【解答】解：A、两物体间接触面的粗糙程度不变，在A上加减砝码可以改变物体间压力的大小，该实验装置可以探究滑动摩擦力大小与压力的关系，故A的说法正确；
B、A受B的摩擦力与测力计对A的拉力是作用在同一物体上的两个力，弹簧测力计指针稳定，
说明木块A处于平衡状态，所以A受到B的摩擦力与弹簧测力计对它的拉力是一对平衡力，故B的说法正确；
C、由图示弹簧测力计可知，其分度值为0.2N，示数为2.4N，A处于平衡状态，由二力平衡条件
可知，A受到的滑动摩擦力f＝F示＝2.4N；
A相对于B向右滑动，则A受到向左的滑动摩擦力，故C的说法正确；
D、A、B间的摩擦力是滑动摩擦力，滑动摩擦力与物体间接触面的粗糙程度和物体间的压力有关，
与物体的运动速度无关；如果增大拉动B的速度，接触面的粗糙程度、物体间的压力保持不变，物体间的滑动摩擦力不变，由力的平衡条件可知，测力计的示数不变，故D的说法错误。

故选：D。

7．（2023•武汉模拟）在探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验时，小明认为实验过程中难以拉动木块做匀速直线运动，所以对实验装置进行了如图所示的改进。

下列说法正确的是（）
A．拉动长木板时，方木块相对地面是静止的
B．水平向右匀速拉动长木板时，拉力F与弹簧测力计的示数相等
C．长木板受到的重力和地面对它的支持力是一对平衡力
D．拉动长木板向右加速运动时，方木块受到向右的摩擦力变大
【解答】解：A．如图，拉动长木板时，方木块被测力计拉住，相对于地面方木块的位置没有变化，则方木块相对地面是静止的，故A正确；
B．水平向右匀速拉动长木板时，拉力F的大小与长木板受到的摩擦力合力为零，长木板和方木块之间有摩擦力，和地面之间也有摩擦力；弹簧测力计的示数等于方木块和长木板之间的摩擦力，所以拉力F大于弹簧测力计的示数，故B错误；
C．长木板受到的支持力大小等于长木板和方木块重力之和，所以它受到的重力小于支持力，不是一对平衡力，故C错误；
D．影响滑动摩擦力的因素是压力和接触面的粗糙程度，拉动长木板向右加速运动时，没有改变方木块对长木板的压力和接触面的粗糙程度，所以摩擦力不变，故D错误。

故选：A。

8．（2023•双流区模拟）如图所示是小红用同一个木块在探究“影响滑动摩擦力大小因素”时的四个实验操作，甲、乙、丙、丁四幅图中弹簧秤的示数分别为F甲、F乙、F丙、F丁。

以下说法中正确的是（）
A．弹簧秤在使用前要在竖直方向调零
B．实验中用到的科学方法只有转换法
C．保持其他条件不变，水平匀速拉动木块，则F甲大于F丁
D．用甲、丙可探究接触面的粗糙程度对滑动摩擦力大小的影响
【解答】解：A、根据弹簧秤的使用方法可知，弹簧秤在使用之前要在拉力的方向上调零，图中的拉力在水平方向上，所以弹簧秤使用前必须在水平方向校零，故A错误；
B、滑动摩擦力大小与压力、接触面的粗糙程度有关，应利用控制变量法进行研究，因此，本实验
除了应用转换法，还有控制变量法之外，故B错误；
C、甲、丁两图，压力相同，接触面的粗糙程度相同，甲、丁两图中木块所受的滑动摩擦力相同，
故C错误；
D、甲、丙两图，压力相同，接触面的粗糙程度不同，根据控制变量法，用甲、丙可探究接触面的
粗糙程度对滑动摩擦力大小的影响，故D正确。

故选D。

9．（2023•东城区一模）小东在做“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验时，竖直向上拉动弹簧测力计使细线水平拉动木块沿水平木板做匀速直线运动，如图甲所示；将铁块放在木块上，再次通过弹簧测力计水平拉动木块，使木块和铁块沿同一水平木板做匀速直线运动，如图乙所示。

下列说法正确的是（）
A．图甲所示实验中，细线对木块的拉力就是木块受到的滑动摩擦力
B．图乙所示实验中，木板受到的压力等于木块受到的重力
C．甲、乙两次实验，探究的是木块受到滑动摩擦力的大小与木块和木板接触面上压力大小是否有关
D．甲、乙两次实验，探究的是木块受到滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度是否有关
【解答】解：A、图甲所示实验中，竖直向上拉动弹簧测力计使细线水平拉动木块沿水平木板做匀速直线运动，木块处于平衡状态，在水平方向上木块受到水平向右的拉力和水平向左的滑动摩擦力，这两个力是一对平衡力，大小相等，方向相反，此时滑动摩擦力的大小等于拉力的大小，但细线对木块的拉力不是木块受到的滑动摩擦力，故A错误；
B、图乙所示实验中，木板受到的压力等于木块和铁块的重力之和，故B错误；
CD、滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度和压力有关，分析甲、乙两图可知，木块沿水平木板做匀速直线运动时，接触面的粗糙程度没有改变，将铁块放在木块上，再次用弹簧测力计水平拉动木块时，木板受到的压力变大，所以甲、乙两次实验，探究的是滑动摩擦力的大小与压力是否有关，故C正确；D错误。

故选：C。

10．（2021•鄂州模拟）如图甲所示是“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验装置。

小明在实验中用到了一个弹簧测力计、一个长方体木块、一个砝码、两个材料相同但表面粗糙程度不同的长木板。

小明做第2次实验时控制不好力度，木块的速度随时间变化的图象如图乙所示，下列说法正确的是（）
A．实验中只要拉动木块做匀速直线运动，滑动摩擦力大小就等于拉力大小
B．第1次实验和第2次实验中的长木板粗糙程度不同
C．第2次实验中，砝码在第1s末受到的的摩擦力方向与木块运动方向相同
D．第2次实验中木块受到的滑动摩擦力在第1s末比第7s末要小
【解答】解：
A、实验时用弹簧测力计沿水平方向拉动木块，使其在水平桌面上做匀速直线运动，根据二力平
衡原理，可知滑动摩擦力的大小等于拉力的大小，故A错误；
B、第1次实验和第2次实验中的压力不同，是探究摩擦力大小与压力的关系，所以需要控制接
触面的粗糙程度相同，第1次实验和第2次实验中的长木板粗糙程度相同，故B错误；
C、第2次实验中，砝码在第1s末是做加速运动，砝码在水平方向上受到摩擦力的作用，所以摩
擦力的方向与砝码运动的方向相同，也与木块运动的方向相同，故C正确；
D、滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关，与速度无关，木块在第1s末和第7
s末运动时，压力和接触面的粗糙程度都相同，所以滑动摩擦力也相同，故D错误。

故选：C。

11．（2023•南海区校级三模）在探究影响滑动摩擦力大小因素的实验中，小强做了如图甲所示的三次实验，用到了一个弹簧测力计、一个木块、一个砝码、两个材料相同但表面粗糙程度不同的长木板。

实验中第1次和第2次用相同的长木板，第3次用表面更加粗糙的长木板。